Secuencias cíclicas programadas: la familia fc

Este generador acompaña al escrito Las secuencias cíclicas programadas como conjugadas afines de la función de Collatz. Cada función fc es la función de Collatz escrita en la coordenada n = 3m + c: aquí se ve la órbita de fc y, a su lado, la órbita de Collatz que le corresponde.

fc(n) = (n + c)/2 si n ≡ c (mód 2);   fc(n) = 3n + 3 − 2c en otro caso

Conjugación: fc(3m + c) = 3·𝒞(m) + c, donde 𝒞 es la función de Collatz

Ciclo principal (A, B, C) = (c + 12, c + 6, c + 3); punto fijo n = c

Ejemplos: 27 con (13, 7, 4), 9 con (12, 6, 3), 20 con (14, 8, 5), 25 con (10, 4, 1), 0 con (13, 7, 4): no converge, −8 con (13, 7, 4): ciclo negativo

Función f1: en los pares, 3n + 1; en los impares, (n + 1)/2. Ciclo principal (13, 7, 4).

La órbita de 27 alcanza el ciclo principal en 17 pasos.

La órbita entra en la clase n ≡ 1 (mód 3) en el paso 2; a partir de ahí, m = (n − c)/3 recorre la órbita de Collatz de 14.

Órbita

PasonParidadRegla aplicadaRaíz digital m = (n − c)/3
0 27 impar (n + 1)/2 9
1 14 par 3n + 1 5
2 43 impar (n + 1)/2 7 14
3 22 par 3n + 1 4 7
4 67 impar (n + 1)/2 4 22
5 34 par 3n + 1 7 11
6 103 impar (n + 1)/2 4 34
7 52 par 3n + 1 7 17
8 157 impar (n + 1)/2 4 52
9 79 impar (n + 1)/2 7 26
10 40 par 3n + 1 4 13
11 121 impar (n + 1)/2 4 40
12 61 impar (n + 1)/2 7 20
13 31 impar (n + 1)/2 4 10
14 16 par 3n + 1 7 5
15 49 impar (n + 1)/2 4 16
16 25 impar (n + 1)/2 7 8
17 13 impar (n + 1)/2 4 4
18 7 impar (n + 1)/2 7 2
19 4 par 3n + 1 4 1

Las filas marcadas a la izquierda forman el ciclo final. La última columna solo se rellena desde la entrada en la clase de c módulo 3: allí cada paso de fc corresponde exactamente a un paso de la función de Collatz sobre m, y el ciclo principal corresponde a 4 → 2 → 1.

Órbita de Collatz correspondiente

14 → 7 → 22 → 11 → 34 → 17 → 52 → 26 → 13 → 40 → 20 → 10 → 5 → 16 → 8 → 4 → 2 → 1

Se ha comprobado paso a paso que cada término es la imagen del anterior por la función de Collatz.

Alcance

Que toda órbita de fc que parte de n > c alcance el ciclo principal es equivalente a la conjetura de Collatz; las órbitas que parten de n ≤ c no lo alcanzan nunca. Este generador calcula órbitas concretas y no permite extraer conclusiones sobre la conjetura.